JP7300151B2 - Acoustic communication method and acoustic communication system by attitude control of floating body - Google Patents
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、自律型無人水上航走体(ASV:Autonomous Surface Vehicle)等の洋上の浮体と、自律型無人水中探査機(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)等の水中の通信対象との間で音響通信を行う浮体の姿勢制御による音響通信方法及び音響通信システムに関する。 The present invention provides acoustic communication between an offshore floating body such as an autonomous unmanned surface vehicle (ASV) and an underwater communication target such as an autonomous underwater vehicle (AUV). It relates to an acoustic communication method and an acoustic communication system by attitude control of a floating body that performs
水中での通信においては減衰しにくい音波が用いられるが、その通信範囲は数kmと短く、音響通信の利用水深が大深度化した場合には音響機器の指向性を高める必要が生じる。指向性の音響機器は一般に鉛直方向に30度程度の指向角(非特許文献1)を有しているので鉛直方向以外への音響通信は困難となり、水平方向への音響範囲を拡大するには指向方向を変更させるジンバルやタレットといった機構が必要であり、既にソーナー機器においては計測データの品質向上のためジンバルを採用した実例もある(非特許文献2)。
さらに大容量の音響通信には通信時間が数秒以上必要になるため、動揺や傾斜による通信範囲の変動によらず常時通信範囲内に捉えられる範囲でなくては安定した通信が望めない(非特許文献3)。従って装着した船やASVといった艇体の動揺・傾斜も音響通信範囲に悪影響を及ぼすとされている。特に小型軽量な船舶やASVにおいては波浪中で安定性を保つことは難しく、安定動作のためには音響装置用スタビライザー等の搭載(非特許文献4)が必要となるが、構造の複雑化や駆動部の増加による整備性、信頼性、高価格化等の問題が生じる。
Underwater communication uses sound waves that are difficult to attenuate, but the communication range is as short as several kilometers. A directional acoustic device generally has a directivity angle of about 30 degrees in the vertical direction (Non-Patent Document 1), so acoustic communication in directions other than the vertical direction is difficult. Mechanisms such as gimbals and turrets for changing the pointing direction are necessary, and there are already examples of sonar devices adopting gimbals to improve the quality of measurement data (Non-Patent Document 2).
In addition, since large-capacity acoustic communication requires a communication time of several seconds or more, stable communication cannot be expected unless the range is always within the communication range regardless of fluctuations in the communication range due to shaking or tilting (non-patented). Reference 3). Therefore, it is said that the rocking and tilting of the hull of a ship or ASV equipped with the antenna also adversely affects the acoustic communication range. Especially in small and light ships and ASVs, it is difficult to maintain stability in waves, and for stable operation, it is necessary to install a stabilizer for acoustic equipment (Non-Patent Document 4), but the structure is complicated and Problems such as maintainability, reliability, and high cost arise due to an increase in the number of drive units.
ここで、特許文献1には、水面航走体及び水中航走体のそれぞれに配置され音響通信状態を計測する通信状態計測装置と、水中航走体又は水面航走体を移動させる位置制御装置とを備え、位置制御装置は、通信状態計測装置の出力に基づいて、水中航走体が水中における音圧分布のうち相対的に音圧の高い場所に存在するように、水中航走体又は水面航走体を移動させるように構成された水中航走体の相対位置制御方法が開示されている。
また、特許文献2には、水中航走体と水上航走体との音響通信を制御することで水中航走体の航走を管理する航走管理装置であって、水上航走体に設けられ、水中航走体との間で音響通信により情報の送受信を行う音響通信機と、音響測位により水中航走体の位置を計測する音響測位機と、音響測位機による水中航走体の音響測位結果から算出される水中航走体の位置情報を保持する位置情報保持部としての記憶部と、位置情報保持部に保持されている水中航走体の位置情報から、水中航走体の移動経路を予測し、移動経路を移動する水中航走体との音響通信が可能となるように水上航走体の進路を決定する進路決定部及び進路決定部によって決定された進路に沿って水上航走体を航走させる航走制御部として機能する処理部とを備えた航走管理装置が開示されている。
また、特許文献3には、水中航走体との間で音響通信によりデータを通信する音響通信機と、水中航走体の位置を取得する音響測位機と、コントローラとを備え、コントローラは、音響測位機が取得する水中航走体の位置に基づいて、水上航走体が水中航走体に近づくように水上航走体を航走させる第1の処理と、第1の処理により、水中航走体との間で音響通信可能な位置に水上航走体を走行させた後に、水中航走体との間でデータを通信するように音響通信機を制御する第2の処理とを実行する水中航走体の航走支援装置が開示されている。
Here, in
Further, Patent Document 2 discloses a navigation management device for controlling the navigation of an underwater vehicle by controlling acoustic communication between the underwater vehicle and the watercraft, which is installed in the watercraft. An acoustic communication device that transmits and receives information to and from an underwater vehicle by acoustic communication; A storage unit as a position information holding unit that holds position information of the underwater vehicle calculated from the positioning result, and movement of the underwater vehicle from the position information of the underwater vehicle held in the position information holding unit a route determining unit for predicting a route and determining the course of the watercraft so as to enable acoustic communication with the underwater vehicle moving along the movement path; and a processing unit that functions as a cruise control unit that causes a running body to sail.
Further, Patent Document 3 discloses an acoustic communication device that communicates data with an underwater vehicle by acoustic communication, an acoustic positioning device that acquires the position of the underwater vehicle, and a controller. a first process of sailing the watercraft so that the watercraft approaches the underwater vehicle based on the position of the underwater vehicle acquired by the acoustic positioning device; and a second process of controlling the acoustic communication device to communicate data with the underwater vehicle after the watercraft travels to a position where acoustic communication with the medium vehicle is possible. A navigation support device for an underwater vehicle is disclosed.
特許文献1から特許文献3は、水上航走体と水中航走体との音響通信のために所定の位置まで水上航走体又は水上航走体の移動を行うものであり、音響アレイの指向方向の制御に水上航走体自身の姿勢を用いるものではない。
そこで本発明は、ジンバル等の駆動部品を用いることなく音響アレイの指向方向を制御する浮体の姿勢制御による音響通信方法及び音響通信システムを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an acoustic communication method and an acoustic communication system by attitude control of a floating body that controls the pointing direction of an acoustic array without using a driving component such as a gimbal.
請求項1記載に対応した浮体の姿勢制御による音響通信方法においては、洋上の浮体と水中の通信対象との間で音響通信を行なう音響通信方法において、通信対象の位置情報を取得し、浮体に備えた指向角の限られた音響通信手段を、浮体の姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させることにより指向方位を通信対象の位置に向け音響通信を行なうことを特徴とする。
請求項1に記載の本発明によれば、水中航走体等の通信対象や水上航走体等の浮体を移動させたり、タレットやジンバル、スタビライザー等の機構や構造を用いたりすることなく、浮体の姿勢を制御するだけで指向方位を制御し、迅速に音響通信に係る通信範囲と通信距離の拡大を両立することができる。
In the acoustic communication method by attitude control of a floating body corresponding to
According to the present invention of
請求項2記載の本発明は、浮体と通信対象との間で音響通信を完了させるために必要な所定の時間だけ、浮体の姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させることにより、音響通信手段の指向方位を通信対象の位置に向けることを特徴とする。
請求項2に記載の本発明によれば、音響通信に必要な所定の時間を含む時間だけ姿勢を制御し指向方位を保持すればよく、それ以外の時間は浮体の他の任務や別の作業に充てたり、浮体の消費電力等を節約することができる。
According to the second aspect of the present invention, the acoustic communication is performed by controlling the attitude of the floating body and tilting or swaying the floating body for a predetermined time required to complete the acoustic communication between the floating body and the communication target. It is characterized by directing the pointing direction of the means to the position of the communication object.
According to the second aspect of the present invention, it suffices to control the attitude and maintain the pointing direction only during the time including the predetermined time required for acoustic communication, and during the rest of the time, other missions or other operations of the floating body are performed. or save the power consumption of the floating body.
請求項3記載の本発明は、浮体の浮力バランスを調整することで、浮体のピッチ、ロール、ヨー、又はヒーヴの少なくとも一つを制御して浮体を傾斜又は動揺させることを特徴とする。
請求項3に記載の本発明によれば、浮体の姿勢を通常の浮体姿勢制御の範囲内で容易に制御することができる。
The present invention according to claim 3 is characterized in that by adjusting the buoyancy balance of the floating body, at least one of pitch, roll, yaw, and heave of the floating body is controlled to tilt or swing the floating body .
According to the third aspect of the present invention, the attitude of the floating body can be easily controlled within the range of normal floating body attitude control.
請求項4記載の本発明は、浮体の重心を変化させることで、浮力バランスを調整し、ピッチ、ロール又はヨーのいずれか一つを制御して浮体を傾斜又は動揺させることを特徴とする。
請求項4に記載の本発明によれば、浮体の浮力バランスの調整により姿勢を容易に制御することができる。
The present invention according to claim 4 is characterized in that the buoyancy balance is adjusted by changing the center of gravity of the floating body, and any one of pitch, roll or yaw is controlled to tilt or sway the floating body. .
According to the fourth aspect of the present invention, the posture can be easily controlled by adjusting the buoyancy balance of the floating body.
請求項5記載の本発明は、通信対象が移動体である場合において、移動体の位置情報に基づき姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させることを特徴とする。
請求項5に記載の本発明によれば、通信対象の位置を的確に把握して浮体の姿勢を効率よく制御することができる。
The present invention according to claim 5 is characterized in that, when the object of communication is a mobile body, the attitude of the floating body is controlled based on the positional information of the mobile body to tilt or swing the floating body .
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to accurately grasp the position of the communication target and efficiently control the attitude of the floating body.
請求項6記載の本発明は、移動体のあらかじめ定まった航路計画に従った位置情報に基づき姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させることを特徴とする。
請求項6に記載の本発明によれば、航路計画から通信対象の位置を把握して浮体の姿勢を的確に制御することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the floating body is tilted or swayed by controlling its attitude based on the position information according to the predetermined route plan of the mobile body.
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to accurately control the attitude of the floating body by grasping the position of the communication target from the route plan.
請求項7記載の本発明は、浮体に設けた測位手段により測位した移動体の位置情報に基づき姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させることを特徴とする。
請求項7に記載の本発明によれば、通信対象の位置を測位手段により測位し的確に把握して浮体の姿勢を効率よく制御することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, the floating body is tilted or swayed by controlling its attitude based on the positional information of the moving body determined by the positioning means provided on the floating body.
According to the seventh aspect of the present invention, the position of the communication target can be measured by the positioning means and accurately grasped, and the attitude of the floating body can be efficiently controlled.
請求項8記載の本発明は、水中に設けた水中測位手段から得られる移動体の位置情報に基づき姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させることを特徴とする。
請求項8に記載の本発明によれば、通信対象の位置を移動体の位置情報に基づき的確に把握して浮体の姿勢を効率よく制御することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, the floating body is tilted or swayed by controlling its attitude based on the position information of the mobile body obtained from the underwater positioning means provided in the water.
According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to accurately grasp the position of the communication target based on the positional information of the moving body and efficiently control the attitude of the floating body.
請求項9記載の本発明は、浮体が航走手段を有し、航走手段の推力又は反動を利用して姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させることを特徴とする。
請求項9に記載の本発明によれば、浮体が備えている航走手段を姿勢制御手段として利用して浮体の姿勢を容易に制御することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, the floating body has sailing means, and the thrust or reaction of the sailing means is used to control the attitude of the floating body so as to tilt or sway the floating body .
According to the ninth aspect of the present invention, the attitude of the floating body can be easily controlled by using the sailing means provided in the floating body as the attitude control means.
請求項10記載の本発明は、浮体が舵と横舵を有した水上航走体であり、水上航走体を走行させ、舵又は横舵の少なくとも一つを制御し、水上航走体の姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させることを特徴とする。
請求項10に記載の本発明によれば、浮体が備えている舵又は横舵を姿勢制御手段として利用して浮体の姿勢を容易に制御することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, the floating body is a watercraft having a rudder and a side rudder, the watercraft is made to travel, and at least one of the rudder and the siderudder is controlled. It is characterized by tilting or rocking the floating body by controlling its posture.
According to the tenth aspect of the present invention, the attitude of the floating body can be easily controlled by using the rudder or side rudder of the floating body as attitude control means.
請求項11記載の本発明は、水上航走体が通信対象を水上航走体の右方向ないし左方向に位置するように保ちながら、通信対象の存在する位置の上の海面位置を略中心として回遊する航跡に沿って走行することを特徴とする。
請求項11に記載の本発明によれば、回遊する航跡に沿って走行することにより舵又は横舵の機能を発揮させ、通信対象との音響通信を行いやすくすることができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, while the watercraft keeps the communication target positioned to the right or left of the watercraft, It is characterized by traveling along a migratory track.
According to the eleventh aspect of the present invention, the function of a rudder or a side rudder can be exhibited by traveling along a migratory track, and acoustic communication with a communication target can be facilitated.
請求項12記載に対応した本発明の浮体の姿勢制御による音響通信システムにおいては、通信対象と、音響通信手段を備えた浮体と、浮体の姿勢を制御する姿勢制御手段と、通信対象の位置情報を取得する位置情報取得手段とを備え、音響通信方法を行なうことを特徴とする。
請求項12に記載の本発明によれば、水中航走体等の通信対象や水上航走体等の浮体を移動させたり、タレットやジンバル、スタビライザー等の機構や構造を用いたりすることなく、浮体の姿勢を制御するだけで指向方位を制御し、迅速に音響通信に係る通信範囲と通信距離の拡大を両立することができる。
In an acoustic communication system by attitude control of a floating body according to the present invention corresponding to
According to the present invention of
本発明の浮体の姿勢制御による音響通信方法によれば、水中航走体等の通信対象や水上航走体等の浮体を移動させたり、タレットやジンバル、スタビライザー等の機構や構造を用いたりすることなく、浮体の姿勢を制御するだけで指向方位を制御し、迅速に音響通信に係る通信範囲と通信距離の拡大を両立することができる。 According to the acoustic communication method by attitude control of a floating body of the present invention, a communication target such as an underwater vehicle or a floating body such as a surface vehicle is moved, or mechanisms and structures such as turrets, gimbals, stabilizers, etc. are used. It is possible to control the pointing azimuth only by controlling the attitude of the floating body, and to quickly expand both the communication range and the communication distance related to acoustic communication.
また、浮体と通信対象との間で音響通信を完了させるために必要な所定の時間だけ、浮体の姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させることにより、音響通信手段の指向方位を通信対象の位置に向ける場合には、必要な所定の時間を含む時間だけ姿勢を制御し指向方位を保持すればよく、それ以外の時間は浮体の他の任務や別の作業に充てたり、浮体の消費電力等を節約することができる。 In addition, by controlling the attitude of the floating body and tilting or swaying the floating body for a predetermined time required to complete acoustic communication between the floating body and the communication target, the pointing direction of the acoustic communication means is changed to the communication target. In the case of pointing to the position of , it is only necessary to control the attitude and maintain the pointing direction for a period of time including the necessary predetermined time, and the other time is devoted to other duties or other work of the floating body, or consumption of the floating body. Electric power etc. can be saved.
また、浮体の浮力バランスを調整することで、浮体のピッチ、ロール、ヨー、又はヒーヴの少なくとも一つを制御して浮体を傾斜又は動揺させる場合には、浮体の姿勢を通常の浮体姿勢制御の範囲内で容易に制御することができる。 In addition, when adjusting the buoyancy balance of the floating body to control at least one of the pitch, roll, yaw, or heave of the floating body to tilt or sway the floating body , the attitude of the floating body can be changed to that of normal floating body attitude control. can be easily controlled within the range of
また、浮体の重心を変化させることで、浮力バランスを調整し、ピッチ、ロール又はヨーのいずれか一つを制御して浮体を傾斜又は動揺させる場合には、浮体の浮力バランスの調整により姿勢を容易に制御することができる。 In addition, when the buoyancy balance is adjusted by changing the center of gravity of the floating body and any one of pitch, roll, or yaw is controlled to tilt or swing the floating body , the attitude can be adjusted by adjusting the buoyancy balance of the floating body. can be easily controlled.
また、通信対象が移動体である場合において、移動体の位置情報に基づき姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させる場合には、通信対象の位置を的確に把握して浮体の姿勢を効率よく制御することができる。 In addition, when the communication target is a mobile body, when the attitude of the floating body is controlled based on the position information of the mobile body and the floating body is tilted or shaken , the position of the communication target can be accurately grasped and the attitude of the floating body can be adjusted efficiently. can be well controlled.
また、移動体のあらかじめ定まった航路計画に従った位置情報に基づき姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させる場合には、航路計画から通信対象の位置を把握して浮体の姿勢を的確に制御することができる。 In addition, when controlling the attitude of a mobile object based on position information according to a predetermined route plan and tilting or swaying the floating structure , the position of the communication target can be grasped from the route plan and the attitude of the floating structure can be accurately adjusted. can be controlled.
また、浮体に設けた測位手段により測位した移動体の位置情報に基づき姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させる場合には、通信対象の位置を測位手段により測位し的確に把握して浮体の姿勢を効率よく制御することができる。 In addition, when the floating body is tilted or swayed by controlling its attitude based on the positional information of the mobile body determined by the positioning means provided on the floating body , the position of the communication target is measured by the positioning means and accurately grasped, and then the floating body is operated. posture can be efficiently controlled.
また、水中に設けた水中測位手段から得られる移動体の位置情報に基づき姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させる場合には、通信対象の位置を移動体の位置情報に基づき的確に把握して浮体の姿勢を効率よく制御することができる。 Also, when the position of the floating body is controlled by tilting or swinging based on the position information of the mobile body obtained from the underwater positioning means, the position of the communication target can be accurately grasped based on the position information of the mobile body. By doing so, the attitude of the floating body can be efficiently controlled.
また、浮体が航走手段を有し、航走手段の推力又は反動を利用して姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させる場合には、浮体が備えている航走手段を姿勢制御手段として利用して浮体の姿勢を容易に制御することができる。 In addition, when the floating body has sailing means and uses the thrust or recoil of the sailing means to control the attitude of the floating body to tilt or swing , the sailing means provided in the floating body is referred to as the attitude control means. It is possible to easily control the attitude of the floating body by using it as
また、浮体が舵と横舵を有した水上航走体であり、水上航走体を走行させ、舵又は横舵の少なくとも一つを制御し、水上航走体の姿勢を制御して浮体を傾斜又は動揺させる場合には、浮体が備えている舵又は横舵を姿勢制御手段として利用して浮体の姿勢を容易に制御することができる。 Also, the floating body is a watercraft having a rudder and a side rudder, the watercraft is made to travel, at least one of the rudder or the side rudder is controlled, and the attitude of the watercraft is controlled to move the floating body. When tilting or swaying , the attitude of the floating body can be easily controlled by using the rudder or side rudder of the floating body as attitude control means.
また、水上航走体が通信対象を水上航走体の右方向ないし左方向に位置するように保ちながら、通信対象の存在する位置の上の海面位置を略中心として回遊する航跡に沿って走行する場合には、回遊する航跡に沿って走行することにより舵又は横舵の機能を発揮させ、通信対象との音響通信を行いやすくすることができる。 In addition, while the watercraft keeps the communication target positioned in the right or left direction of the watercraft, it travels along the wake that circulates around the position on the sea surface above the position where the communication target exists. In this case, the function of a rudder or a side rudder can be exhibited by traveling along a course of excursion, and acoustic communication with a communication target can be facilitated.
また、浮体の姿勢制御による音響通信システムによれば、水中航走体等の通信対象や水上航走体等の浮体を移動させたり、タレットやジンバル、スタビライザー等の機構や構造を用いたりすることなく、浮体の姿勢を制御するだけで指向方位を制御し、迅速に音響通信に係る通信範囲と通信距離の拡大を両立することができる。 In addition, according to the acoustic communication system by the attitude control of the floating body, it is possible to move the communication target such as the underwater vehicle or the floating body such as the water vehicle, or use mechanisms and structures such as turrets, gimbals, stabilizers, etc. Instead, it is possible to control the pointing azimuth only by controlling the attitude of the floating body, and to quickly expand both the communication range and the communication distance related to acoustic communication.
以下に、本発明の実施形態による浮体の姿勢制御による音響通信方法及び音響通信システムについて説明する。 An acoustic communication method and an acoustic communication system by attitude control of a floating body according to embodiments of the present invention will be described below.
図1は、本実施形態の浮体の姿勢制御による音響通信システムの概要図である。図2は、同音響通信システムの浮体の概要図である。
音響通信システムは、洋上に位置する浮体10と、水中に位置する通信対象20とを備える。浮体10及び通信対象20は無人かつ無索で自律航走するロボットであり、水面Aの近傍に配置された浮体10が、電波の届かない水中で水底Bの調査作業等を行う複数の通信対象20に対して音響信号を利用した管制を行っている。
FIG. 1 is a schematic diagram of an acoustic communication system by attitude control of a floating body according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram of a floating body of the same acoustic communication system.
The acoustic communication system includes a floating
浮体10には、自律型無人水上航走体(ASV)を用いている。浮体10は、前端部が半球面となった筒型の本体10aと、本体10aの上面に延設された支柱10bとを備える。浮体10は、本体10aが水中に没して支柱10bの上部が水面A上に突き出た半潜水状態で用いられる。支柱10bの上部には、GPS等の自己位置把握手段11と、衛星通信アンテナ及び無線LANアンテナ等の海上通信手段12が搭載されている。浮体10は、自己位置把握手段11を用いてGNSS(全地球航法衛星システム)衛星からのGNSS信号を受信することにより、自己の位置を把握できる。また、海上通信手段12を用いて母船との通信を行うことができる。また、本体10aの後部には舵13a、横舵13bと、推進器等の航走手段14が設けられ、本体10aの前部にはサブスラスター16が設けられており、これらによって水面Aの近傍を移動することができる。なお、サブスラスター16によって、ヨーの制御ができる。また、本体10aの下面には、位置情報取得手段(測位手段)17及び音響通信手段15が設けられている。音響通信手段15は、音波を送信する送波器と音波を受信する受波器とを有し、本体10aに固定状態にて取り付けられている。浮体10は、位置情報取得手段(測位手段)17による音響測位により通信対象20の位置を測定すると共に、音響通信手段15を用いて通信対象20と音響信号による双方向音響通信を行い、通信対象20を管制している。また、浮体10には、浮体10の姿勢を制御する姿勢制御手段が設けられている。
The floating
通信対象20には、浮体10との接続にケーブルを用いずに水中を自律的に航走する自律型無人水中探査機(AUV)を用いている。移動体である通信対象20には、舵、推進器及びバラスト(重り)などの移動手段21と、自機の位置情報を求める水中測位手段(慣性航法装置)22と、浮体10との音響信号による双方向音響通信に用いる通信対象音響通信手段23と、浮体10の位置情報取得手段(測位手段)17から発せられる信号に対して返答を行う音響トランスポンダ(図示無し)が設けられている。通信対象音響通信手段23は、音波を送信する送波器と音波を受信する受波器とを有する。
As the
浮体10が通信対象20との間で行う音響通信においては、通信範囲と通信距離はトレードオフの関係にあり、従来は両立のためにジンバル等の機構を組み込む必要があった。また、音響通信においては浮体10の動揺や傾斜は障害と見なされており、これらを軽減させ如何に浮体10を水平に安定させるかに注力されてきた。しかし、上述のようにジンバル等の駆動部品の採用や浮体10を水平に安定させるための機器類の搭載は、構造の複雑化や高価格化等を招来してしまう。
そこで本実施形態による浮体10は、通信対象20の位置情報を取得し、浮体10に備えた指向角の限られた音響通信手段15を、浮体10の姿勢を制御して浮体10の本体10aを傾斜等させることにより指向方位を通信対象20の位置に向け、水中の通信対象20との間で音響通信を行なう。このように、これまで障害と見なされてきた浮体10の傾斜等を積極的に活用することで浮体10に固定された音響通信手段15を通信対象20へ指向させることができる。これにより、通信対象20や浮体10を移動させたり、タレットやジンバル、スタビライザー等の機構や構造を用いたりすることなく、浮体の姿勢を制御するだけで指向方位を制御し、迅速に音響通信に係る通信範囲と通信距離の拡大を両立することができる。姿勢制御による指向方位の制御は、音響通信可能な位置に水上航走体を走行させて通信を行う従来の方式と比較して、姿勢を変えるだけで指向角の限られた音響通信手段15を通信対象の方に向けることができるため、迅速に音響通信に係る通信範囲と通信距離の拡大を図ることができる。また、姿勢制御は浮体10が備えている姿勢制御手段を利用して、指向方位を変える制御を容易に行うことができる。
In acoustic communication between the floating
Therefore, the floating
また、浮体10は、浮体10と通信対象20との間で音響通信を完了させるために必要な所定の時間(数秒~十数秒)だけ、浮体10の姿勢を制御することにより、音響通信手段の指向方位を通信対象の位置に向けることが好ましい。これにより、音響通信に必要な所定の時間を含む時間だけ浮体10の姿勢を制御し指向方位を保持すればよく、それ以外の時間は浮体10の他の任務や別の作業に充てたり、浮体10の消費電力等を節約することができる。
In addition, the floating
浮体10は、浮体10の浮力バランスを調整することで、浮体10のピッチ(進行方向に対する縦の傾斜)、ロール(進行方向に対する横の傾斜)、ヨー(上下を軸とした回動)、又はヒーヴ(上下動)の少なくとも一つにより自機の姿勢を制御することができる。これにより、浮体10の姿勢を通常の浮体姿勢制御の範囲内で容易に精度よく制御することができる。
浮体10の浮力バランスの調整は、浮体10に設けられている浮力調整装置を姿勢制御手段として利用して行う。浮力調整装置は外部から水を取り込み可能かつ外部へ排水可能な構造となっており、吸水及び排水により浮力バランスを調整することができる。
By adjusting the buoyancy balance of the floating
The buoyancy balance of the floating
また、浮体10は、浮体10の重心を変化させることで、浮力バランスを調整し、ピッチ、ロール又はヨーのいずれか一つにより自機の姿勢を制御することができる。これにより、浮体10の浮力バランスの調整により姿勢を容易に制御することができる。
浮体10の重心の変化は、上述の浮力調整装置における吸水及び排水の他、浮体10に設けられているバラストを姿勢制御手段として利用してバラストの切り離し等により行う。
In addition, the floating
The change in the center of gravity of the floating
また、浮体10は、推進器等の航走手段14の推力又は反動を利用して自機の姿勢を制御することができる。これにより、浮体10が備えている航走手段14を姿勢制御手段として利用して浮体10の姿勢を容易に制御することができる。
In addition, the floating
また、浮体10は、舵13a、横舵13bの少なくとも一つを制御することで、自機の姿勢を制御することができる。これにより、浮体10が備えている舵13a又は横舵13bを姿勢制御手段として利用して浮体10の姿勢を容易に制御することができる。
浮体10に設けられている舵は、縦の舵13aと水平の横軸13bとを十字型に組み合わせたものである。なお、横舵13bは水平に対して角度をもって斜めに設けられたものであってもよい。
Also, the floating
The rudder provided on the floating
また、水上航走体である浮体10は、ピッチよりもロールの方がより大きな傾斜角度の姿勢をとることができるため、水中の通信対象20が浮体10の右方向又は左方向に位置するように通信対象20が存在する水中位置の上となる海面位置からの距離を保ちながら、海面位置を略中心として回遊する航跡に沿って走行することで、舵13a又は横舵13bの機能を発揮させ、通信対象20との音響通信を行いやすくすることができる。
In addition, since the floating
また、上述のように本実施形態の通信対象20は移動手段21を備えた移動体であり、浮体10は、通信対象20の位置情報に基づき自機の姿勢を制御する。通信対象20が移動体の場合は位置が一定でないため、このように通信対象20の位置を把握して浮体10の姿勢を制御することで、通信対象20の位置を的確に把握して浮体10の姿勢を効率よく制御することができる。
Further, as described above, the
また、通信対象20が移動体であり、あらかじめ定まった航路計画に従った移動を行う場合は、その航路計画から導出される通信対象20の位置情報に基づき自機の姿勢を制御することができる。これにより、航路計画から通信対象20の位置を把握して浮体10の姿勢を的確に制御することができる。
In addition, when the
また、浮体10は、指向角が音響通信手段15よりも広い位置情報取得手段(測位手段)17により移動体である通信対象20を測位し、得られた通信対象20の位置情報に基づき自機の姿勢を制御することができる。これにより、通信対象20の位置を測位手段17により測位し的確に把握して浮体10の姿勢を効率よく制御することができる。
In addition, the floating
また、浮体10は、移動体である通信対象20に設けられた水中測位手段(慣性航法装置)22から得られる通信対象20の位置情報に基づき自機の姿勢を制御することができる。これにより、通信対象20の位置を移動体の位置情報に基づき的確に把握して浮体10の姿勢を効率よく制御することができる。
なお、水中測位手段は、通信対象20とは別の移動体(水中航走体)や水底Bに設けることもできる。
In addition, the floating
The underwater positioning means can also be provided on a moving body (underwater vehicle) other than the
なお、上記実施形態では浮体10を自律型無人水上航走体(ASV)として説明したが、浮体10は航走手段や舵を有さないものであってもよい。この場合、浮体10の姿勢の制御は、浮力バランスの調整又は重心の変化等により行う。
また、上記実施形態では通信対象20を自律型無人水中探査機(AUV)として説明したが、通信対象20は海中又は水底Bの定位置に設けられたものとすることもできる。
In the above embodiment, the floating
Further, in the above embodiment, the
本発明は、浮体10自身の姿勢の制御により浮体10に固定された音響通信手段15の指向方向を制御することで、通信対象20や浮体10を移動させたり、タレットやジンバル,スタビライザー等の機構や構造を用いたりすることなく音響通信範囲を制御することができ、浮体10による水中の通信対象20の管制等に活用できる。また、浮体10は航走型以外の係留された定置型であってもよく、船舶であってもよい。
According to the present invention, by controlling the pointing direction of the acoustic communication means 15 fixed to the floating
10 浮体
15 音響通信手段
17 位置情報取得手段(測位手段)
20 通信対象
10 floating
20 Communication target
Claims (12)
前記音響通信手段を備えた前記浮体と、
前記浮体の前記姿勢を制御する姿勢制御手段と、
前記通信対象の前記位置情報を取得する位置情報取得手段とを備え、
請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の音響通信方法を行なうことを特徴とした、浮体の姿勢制御による音響通信システム。 the communication target;
the floating body equipped with the acoustic communication means;
Attitude control means for controlling the attitude of the floating body;
a location information acquiring means for acquiring the location information of the communication target;
An acoustic communication system by attitude control of a floating body, characterized in that the acoustic communication method according to any one of claims 1 to 11 is performed.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005239027A (en) | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Underwater vehicle and its control method |
| JP2010139270A (en) | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | System for collecting under-water information |
| CN105501415A (en) | 2015-12-15 | 2016-04-20 | 浙江大学 | Automatic tail end docking device and method for deep sea AUV docking |
| JP2016144956A (en) | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 株式会社Ihi | Underwater vehicle relative position control method and underwater vehicle relative position control system |
| JP2018027739A (en) | 2016-08-17 | 2018-02-22 | 株式会社Ihi | Underwater vehicle monitoring apparatus and underwater vehicle monitoring method |
| US20190033887A1 (en) | 2016-03-31 | 2019-01-31 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | System for navigation of an autonomously navigating submersible body during entry into a docking station, method |
-
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- 2019-03-28 JP JP2019062536A patent/JP7300151B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005239027A (en) | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Underwater vehicle and its control method |
| JP2010139270A (en) | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | System for collecting under-water information |
| JP2016144956A (en) | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 株式会社Ihi | Underwater vehicle relative position control method and underwater vehicle relative position control system |
| CN105501415A (en) | 2015-12-15 | 2016-04-20 | 浙江大学 | Automatic tail end docking device and method for deep sea AUV docking |
| US20190033887A1 (en) | 2016-03-31 | 2019-01-31 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | System for navigation of an autonomously navigating submersible body during entry into a docking station, method |
| JP2018027739A (en) | 2016-08-17 | 2018-02-22 | 株式会社Ihi | Underwater vehicle monitoring apparatus and underwater vehicle monitoring method |
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